西安市空气质量评价

西安市环境空气质量问题

摘要

问题一要求对AQI和API的空气评判结果进行比较分析，从附件中我们可

以了解到AQI与API最主要的区别是，AQI新增了3 个基本指标来作为空气质量评判的标准，所以我们将问题转化成为新增的3 个基本指标给空气质量的评判

带来了什么样的影响。运用模糊综合评价法确定了影响因素集合和评判等级集合，根据附件中所给的数据确定了影响因素集合中的每个污染性气体对评判等级集

合的每个等级的影响程度，再结合合理的权重分配分别求得了AQI和API的评判等级柱形图，通过对柱形图的分析我们得到结论：相比于API，AQI对空气质量进行了更加细致全面的评判其结果可信度高于API的评判结果。

问题二要求分析影响西安空气质量的原因，通过查找资料和对附件数据的

分析我们罗列出了对西安市空气质量影响较大的几个因素，即风、温度、空气环境治理力度和工业废气。然后利用层次分析法对上述的4个因素进行了数字化的定量分析，最终得到对空气质量AQI影响最大的因素是环境治理力度的结论，其次是工业废气，此外气温对空气质量也有积极的影响。

问题三需要我们预测出西安市未来一周的空气质量。由于影响空气质量的

因素很多，并且各因素间也会相互影响，无法用一个确定的函数去描述空气质量。为此我们采用灰色预测 GM(1,1)模型对AQI作出精确的预测。针对附件中数据量较大的情况我们以每7天为一个周期计算出7天的均值，预测出未来一周的AQI 的平均值。然后，用最近几天的数据预测出未来一周每天的AQI，最后对预测结果进行分析评价得到了未来一周的AQI预测值为：153.8；143.3；133.5；124.3；115.9；107.9；100.6

问题四则要我们对西安市如何改善空气质量提出意见建议。为此，我们通

过查阅相关资料，结合前三问的分析求解，针对西安市自身的特点给出了控制工业废气排放，工业合理布局，增加绿化面积等意见

关键字：模糊综合评价，层次分析，灰色预测，空气质量指数，空气污染指数

一、问题重述

近年来，随着我国经济社会的快速发展，以煤炭为主的能源消耗大幅攀升，机动车保有量急剧增加，经济发达地区氮氧化物和挥发性有机物（排放量显著增长，臭氧和细颗粒物污染加剧，在可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物污染还未全面解决的情况下，京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域细颗粒物污染和臭氧污染加重，灰霾现象频繁发生，能见度降低，环境空气质量评价以及污染治理等问题再一次引起大众的关注。

为了客观反映我国环境空气质量状况，推动大气污染防治，国家环保部发布了新修订的《环境空气质量标准》，即用环境空气质量指数（AQI）来代替之前的空气污染指数（API）。与API相比，AQI增加污染物监测项目，加严部分污染物限值。目前新标准中对大气质量的监测主要是监测大气中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入颗粒物（PM10，粒子直径小于等于10μm）以及细颗粒物（PM2.5，粒子直径小于等于2.5μm）等六类基本项目和总悬浮颗粒物（TSP）、氮氧化物（NOx）、铅（Pb）、苯并[a]芘（BaP）四类其他项目的浓度。

利用西安市13个监测点从2010年1月1日至2013年4月28日污染物浓度监测数据，以及查找到的资料，解决以下问题：

(1)分别使用空气污染指数（API）（旧标准）和环境空气质量指数（AQI）对西安市的空气质量进行评价（新标准），并对评价结果进行对比、分析；

(2)分析影响西安市空气质量的原因；

(3)对未来一周（取2013年4月30日至5月6日）西安市空气质量状况进行预测；

(4)就环境空气质量的监测与控制对西安市环保部门提出建议。

二、问题分析

问题一要求比较以API和AQI为标准评判的空气质量结果进行分析，通过对问题的理解和附件中数据的分析，我们将从API和AQI所依据的评判标准入手利用模糊综合评价模型划分出API与AQI的评判结果在空气质量等级上的分布，从而进行评价分析。

问题二影响空气质量的因素有很多，我们的目的是只需要找出主要原因即可，首先通过图形比对确定对空气质量影响较大的因素，然后采用层次分析法找出在确定的因素中对空气质量影响最大的因素。

问题三要求预测未来一周的空气质量即AQI的值，空气质量受到的影响是多因素的，其中的内部关系式不清楚的而我们所掌握的只是空气质量评价系统的外部数据，针对这种情况我们采用灰色预测系统，对未来一周的数据进行预测，并对结果进行检验。

问题四需要综合前几问的结论，并且结合搜集的数据，对改善西安市的空气质量提出具有针对性的建议。建议必须具有合理性和可操作性，在考虑经济发展的同时，顾忌环境污染与治理问题。

三、模型假设

假设1：附录中所给数据能够真实反映当地空气质量情况

四、符号说明

C 某项污染物的空气浓度

I API 与AQI 评价分值

ij

a

因素i 与因素j 的重要性之比

)(k λ 数列的级比

)1(^)

1(+k x 生成数列值

)1(^)

0(+k x 模型还原值

五、 模型的建立与求解

5.1问题一：

5.1.1 API 与AQI 的计算

由于AQI 环境质量评价指标2013年开始在西安实行，因此为了对API 和AQI 比较的公平性我们决定统一采用2013年1月1日以后的数据进行分析计算。用得到的API 和AQI 用来评价西安市当时的空气质量。 （1）API 的计算

API 的评价分值计算公式：

(C C )I I I I C C -=

-+-大小

小小大小

其中C 为某项污染物的空气浓度，C 小、C 大是在API 分级限值表中最贴近C 的的两个值，C 大为大于C 的限值，C 小为小于C 的限值，I 小、I 大是在API 分级限值表中与C 小、C 大分别对应的空气污染指数。

123n =max(I ,I ,I ...I )API ,即将各项污染物中空气污染指数最大的作为API 的值。 （2）AQI 的计算

AQI 的评价分值计算公式：

o

o o i o

IAQI =

(C BP )IAQI Hi L P L L H L IAQI IAQI BP BP --+-；

其中C 为某项污染物的空气浓度，o L BP 、i H BP 是在API 分级限值表中最贴近

C 的的两个值，i H BP 为大于C 的限值，o L BP 为小于C 的限值，o L IAQI 、Hi IAQI 是

在API 分级限值表中与o L BP 、i H BP 别对应的空气污染指数。

123n =max(IAQI ,IAQI ,IAQI ...IAQI )AQI ,即将各项污染物中环境空气质量指数